KR101649621B1

KR101649621B1 - 노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR101649621B1
Application number: KR1020080133966A
Authority: KR
Inventors: 김대현; 백승원; 박태영; 이승혁; 오재윤
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2016-08-19
Also published as: KR20100075314A

Abstract

노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치가 개시된다. 본 발명에 따라 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크를 구비함으로써, 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의해 발생하는 기생 노이즈를 제거하고, 저비용의 차동 모드 쵸크를 사용할 수 있게 하거나, 또는 차동 모드 쵸크를 제거할 수 있다.

노이즈, 공통 모드, 차동코일

Description

노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치{NOISE FILTER AND MOTOR CONTROLLING APPARATUS WITH THE SAME}

본 발명은 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의해 발생하는 기생 노이즈를 감쇄할 수 있는 노이즈 필터와 이를 구비한 모터 제어 장치에 관한 것이다.

일반적인 모터 제어 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 입력 상용 전원(10)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(Converter, 20)와, 상기 컨버터(20)로부터 출력된 전원을 평활화하는 평활유닛(30)과, 상기 평활유닛(30)으로부터 출력된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터(60)로 공급하는 인버터 유닛(Inverter, 40)과, 상기 인버터 유닛(40)의 모터 구동 전원에 의해 구동되는 모터(60) 및 출력 주파수를 제어하는 제어유닛(50)을 포함하여 구성된다.

한편, 일반적으로 전기신호는 정상 모드(Normal Mode 또는 Differential Mode)와 공통 모드(Common Mode)로 구분할 수 있다. 2단자(A, B) 상용 전원을 예를 들어 설명한다. 상용 전원에서 입력된 전기신호는 A, B 사이의 선간 전압이 된다. 이 신호가 2가닥의 선을 통하여 후단에 연결된 장치에 전달되고, 신호를 받는 장치 에서는 선간 전압의 형태를 받아들이게 된다. 이러한 2선간의 전압을 정상 모드 전압이라 한다. 한편, 정상 모드 전압과 별개로 공통 모드 전압이 있다. 전원의 기준점으로서 접지전위를 사용하면, 상기 A, B간의 전압은 A의 전위와 B의 전위의 차로 정의된다. 즉, 단자 A, B의 전위는 접지전위를 기준으로 측정되며, A의 전위와 B의 전위가 동일하면 B의 전위가 공통 모드 전압이 되고, 일반적으로 A의 전위와 B의 전위가 동일하지 아니하면 A의 전위와 B의 전위의 차는 정상 모드 전압, B의 전위는 공통 모드 전압이라 한다.

상기와 같이 두 가지 모드, 즉 정상 모드 및 공통 모드에 대하여 각각 노이즈가 존재하는 데, 신호 전송선에 나타나는 정상 모드 노이즈(Normal Mode Noise 또는 Differential Mode Noise)와 대지면(Earth)과 전송선 사이에 나타나는 공통 모드 노이즈(Common Mode Noise)가 그것이다.

정상 모드 노이즈가 있는 경우, 신호 자체도 정상 모드이므로 신호 특성 상 신호와 노이즈를 구별하기 힘들다. 즉, 노이즈와 신호를 분리하여 신호만을 얻을 수는 없다. 따라서, 정상 모드 노이즈가 신호에 실리지 않도록 하는 것이 중요하며, 노이즈와 신호의 주파수 대역이 다른 경우에는 필터를 이용하여 분리할 수 있다. 노이즈가 신호보다 높은 대역의 주파수이면 저주파 통과 필터를 사용하고, 저주파이면 고주파 통과 필터를 이용한다. 공통 모드 노이즈의 경우에는 신호와 노이즈가 서로 모드가 다른 점을 이용하여 분리할 수 있는데, 공통 모드 노이즈는 접지전위의 변동에 따라 변하지 아니하나, 장치의 접지 임피던스, 또는 라인의 불평형에 영향을 받는다.

종래의 노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치는 상기 필터와 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의한 간섭이 발생하고, 이에 따른 기생 노이즈가 발생하여 상기 노이즈 필터의 필터링 성능이 감소되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 필터링 성능이 감소되는 문제점을 해결하기 위해 고성능의 소자를 사용하게 되어 설계 및 제작시 비용이 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 구조를 변경하여 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의해 발생하는 기생 노이즈를 제거할 수 있는 노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크를 통하여 노이즈를 제거함으로써 저비용의 차동 모드 쵸크를 사용할 수 있게 하거나, 또는 차동 모드 쵸크를 제거할 수 있는 노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노이즈 필터는, 입력 전원의 두 전원선 사이에 연결되는 제1 축전 유닛과, 상기 제1 축전 유닛과 연결되고, 상기 전원선의 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제1 쵸크와, 상기 제1 쵸크와 연결되고, 상기 제1 쵸크와 함께 상기 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 축전 유닛을 포함하고, 상기 제1 쵸크는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한다. 또한, 상기 제1 쵸크와 상기 제2 축전 유닛의 사이에 연결되고, 상기 전원선의 차동 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 쵸크를 더 포함하여 구성된다.

본 발명은 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크를 통하여 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의해 발생하는 기생 노이즈 를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크를 통하여 노이즈를 제거함으로써 저비용의 차동 모드 쵸크를 사용할 수 있게 하거나, 또는 차동 모드 쵸크를 제거하는 장점이 있다.

본 발명에 따른 노이즈 필터는, 입력 전원의 두 전원선 사이에 연결되는 제1 축전 유닛과, 상기 제1 축전 유닛과 연결되고, 상기 전원선의 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제1 쵸크(Choke)와, 상기 제1 쵸크와 연결되고, 상기 제1 쵸크와 함께 상기 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 축전 유닛을 포함하고, 상기 제1 쵸크는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한다. 또한, 상기 제1 쵸크와 상기 제2 축전 유닛의 사이에 연결되고, 상기 전원선의 차동 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 쵸크(Choke)를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 제1 축전 유닛과, 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 제1 쵸크와, 제2 축전 유닛으로 구성되어 입력 전원의 선로 상의 노이즈를 감쇄하는 노이즈 필터와, 상기 노이즈 필터를 통해 필터링된 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터의 출력 전원을 평활화하는 평활 유닛과, 제어 신호에 따라 상기 평활 유닛으로부터 출력된 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터 유닛과, 상기 모터의 상태를 감시하고, 상기 제어 신호를 출력하여 모터를 구동하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 노이즈 필터는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 노이즈 필터 및 이를 구비한 모터 제어 장치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 노이즈 필터의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 노이즈 필터를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 노이즈 필터는, 입력 전원의 두 전원선 사이에 연결되는 제1 축전 유닛(210)과, 상기 제1 축전 유닛과 연결되고, 상기 전원선의 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제1 쵸크(220)와, 상기 제1 쵸크와 연결되고, 상기 제1 쵸크와 함께 상기 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 축전 유닛(230)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1 쵸크(220)는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일(221, 222)을 구비한다. 한편, 본 발명에 따른 노이즈 필터는, 상기 제1 쵸크(220)와 상기 제2 축전 유닛(230)의 사이에 연결되고, 상기 전원선의 차동 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 쵸크(240)를 더 포함하여 구성된다.

상기 제1 축전 유닛(210)은 회로의 임피던스를 정합하는 정합 커패시터의 기능을 수행할 수 있다.

한편, 상기 제1 축전 유닛(210)은 X 커패시터(X-CAP)라고도 하며, 상기 X 커패시터는 차동 모드 노이즈(Differential Mode Noise)를 억제하기 위해 사용된다. 차동 모드 노이즈는 차동 모드 전류 성분에 의해 발생하고, 입력 전원을 위한 전원선 사이에 존재하는 노이즈로써, 상기 X 커패시터는 차동 모드 노이즈에 대한 단락 경로를 구성함으로써 차동 모드 노이즈가 장치 밖으로 나가지 못하도록 한다.

또한, 상기 제1 축전 유닛(210)은 상기 차동 모드 노이즈를 제거하기 위해 상기 제2 쵸크(240)와 함께 사용되기도 한다. 차동 모드 노이즈에 대하여 상기 제1 축전 유닛(210)을 사용하는 경우, 용량에 제한이 없으므로 충분한 용량의 커패시터를 사용할 수 있다. 이에 따라 차동 모드 노이즈를 감쇄하는 데 효과적이다.

상기 제2 쵸크(240)는 차동 모드 코일(241, 242)을 구비하고, 양 전원선으로부터 유입되는 차동 모드 고주파를 역기전력을 통해 억제하고, 상기 제1 축전 유닛(210)은 두 개의 차동 모드 코일(241, 242)에서 출력되는 주파수의 불균형으로 발생하는 고주파를 흡수한다. 이를 통해 입력 전원단에 역으로 입력되는 차동 모드 노이즈를 감쇄한다.

상기 제2 축전 유닛(230)과 상기 제1 쵸크(220)는 공통 모드 노이즈(Common Mode Noise)를 감쇄하기 위해 사용된다.

상기 제2 축전 유닛(230)은 Y 커패시터(Y-CAP)라고 하며, 상기 제1 쵸크(220)의 일단과 접지(800) 사이에 연결되는 제1 커패시터(231)과, 상기 접지(800)와 상기 제1 쵸크(220)의 다른 단 사이에 연결되는 제2 커패시터(232)를 구비한다. 상기 제2 축전 유닛(230)은 접지(800)과 전원 사이에 연결되므로, 용량이 커지면 누설전류가 많아진다. 따라서, 상기 제2 축전 유닛(230)의 용량 제한이 필요하게 되고, 이에 따라 제1 쵸크(220)와 함께 사용하여 공통 모드 노이즈를 제거한다. 상기 제2 축전 유닛(230)이 연결되는 상기 접지(800)는 회로 기판의 접지이거나, 또는 고주파를 안정적으로 흡수하기 위하여 프레임(frame) 또는 대지면 접지 일 수 있다.

상기 제1 쵸크(220)는 공통 모드 노이즈에 대하여 임피던스를 갖고, 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 공통 모드 코일(221, 222)로 구성된다. 또한, 상기 제1 쵸크(220)를 포함하는 노이즈 필터는 상기 모터 구동에 따른 스위칭 노이즈가 상기 입력 전원으로 전달되지 못하도록 한다. 즉, 모터(700)에서 발생하는 공통 모드 고주파의 유입을 역기전력을 이용하여 차단한다.

상기 제1 쵸크(220)는 공통 모드 코일(221, 222)을 구비하고, 상기 공통 모드 코일(221, 222)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 서로 반대 방향으로 감겨있다. 즉, 상기 공통 모드 코일(221, 222)는 상하의 극성이 달라지도록 90도 회전 결선을 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상호 결합된 코일의 극성을 표시하는 도트는 도트 규약에 따른다. 즉, 전류의 기준 방향이 코일의 도트 표시 단자로 향하면, 다른 코일에서 유도된 전압의 기준 극성은 도트 표시 단자에서 양(+)이다. 반면, 전류의 기준 방향이 코일의 도트 표시 단자를 벗어나면, 다른 코일에서 유도된 전압의 기준 극성은 도트 표시 단자에서 음(-)이다.

상기와 같이 공통 모드 코일(221, 222)의 결선을 서로 반대 방향으로 감고, 상기 제2 축전 유닛(230)의 용량 및 패턴을 조절하면 상기 제2 쵸크(240), 즉 차동 모드 코일을 완전히 제거하거나 줄인 상태로 노이즈 필터를 구성할 수 있다. 다시 말해, 상기와 같이 공통 모드 코일(221, 222)의 결선을 서로 반대 방향으로 감음으로써 기생 노이즈를 제거하고 감쇄 특성을 향상시킬 수 있으며, 상기 공통 모드 쵸 크가 차동 모드 쵸크의 기능을 대체할 수 있다.

상기 공통 모드 코일은 공통 모드 고주파의 유입을 차단하기 위하여 토로이달(toroidal) 코일, U형 코일 또는 SQ 코일 등을 포함하는 폐자로 형성이 가능한 코일일 수 있다. 또한, 상기 공통 모드 코일의 코어는 고주파 흡수를 수용할 수 있는 페라이트 자성재일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는 상기 노이즈 필터를 구비한다. 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 제1 축전 유닛(210)과, 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 제1 쵸크(220)와, 제2 축전 유닛(230)으로 구성되어 입력 전원(100)의 선로 상의 노이즈를 감쇄하는 노이즈 필터(200)와, 상기 노이즈 필터(200)를 통해 필터링된 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(300)와, 상기 컨버터(300)의 출력 전원을 평활화하는 평활 유닛(400)과, 제어 신호에 따라 상기 평활 유닛(400)으로부터 출력된 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터 유닛(500)과, 상기 모터(700)의 상태를 감시하고, 상기 제어 신호를 출력하여 상기 모터(700)를 구동하는 제어 유닛(600)을 포함하여 구성된다.

상기 컨버터(300)는 다이오드 정류기 등을 이용하여 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다.

상기 평활유닛(400)은 커패시터 또는 이를 포함한 간단한 회로로 구성되고, 상기 컨버터(300)로부터 출력된 직류 전원을 저장하고, 평활화한다.

상기 인버터 유닛(500)은 상기 평활유닛(400)과 병렬 연결되고, 상기 평활유닛(400)으로부터 출력된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 모터(700)에 공 급한다.

상기 제어 유닛(600)은 상기 모터(700)의 상태를 검출하여 상기 모터 운전 상태를 근거로 인버터 제어 신호를 상기 인버터 유닛(500)에 공급하여 상기 인버터 유닛(500)을 통해 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변경하도록 한다. 여기서, 상기 인버터 제어 신호는 일반적으로 상기 인버터 유닛(500)의 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭변조) 전압 듀티를 제어하는 PWM 신호이다.

상기 노이즈 필터(200)는 제1 축전 유닛(210)과, 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 제1 쵸크(220)와, 제2 축전 유닛(230)으로 구성되어 입력 전원의 선로 상의 노이즈를 감쇄한다. 또한, 상기 노이즈 필터(200)는 제1 축전 유닛(210)과, 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비하여 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제1 쵸크(220)와, 상기 제1 쵸크(220)에 연결되어 차동 모드 노이즈를 제거하는 제2 쵸크(240)와, 상기 제2 쵸크(240)에 연결되어 상기 제2 쵸크(240)와 함께 차동 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 축전 유닛(230)을 포함하여 구성된다.

여기서, 제1 축전 유닛(210)은 X 커패시터, 제1 쵸크(220)는 공통 모드 쵸크이다. 또한, 제2 축전 유닛(230)은 Y 커패시터로서, 회로기판에 접지되거나, 프레임 또는 대지면 접지(800)와 연결되고, 제2 쵸크(240)은 차동 모드 쵸크이다. 이에 대한 상세한 설명은 상기한 노이즈 필터에 대한 설명으로 갈음한다.

한편, 본 발명에 따른 모터 제어 장치를 공기조화기, 세탁기 등의 가전기기 제어에 적용하는 경우에 상기 가전기기의 중앙제어장치와 연동되어 구동된다. 일 예로, 상기 모터 제어 장치를 공기조화기에 적용하는 경우, 상기 제어 유닛(600)은 공기조화기를 운전하는 중앙제어장치와 연결되거나, 또는 상기 중앙제어장치에 포함되어, 공기조화기 운전에 연동되어 구동될 수 있다. 예를 들어 냉방을 더욱 강하게 하기 위하여 압축기 모터(700)의 용량을 증가시키는 인버터 제어 신호를 상기 인버터 유닛(500)에 공급할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 노이즈 필터는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비한 공통 모드 쵸크인 제1 쵸크(220)를 통하여 선로 상의 인덕턴스 또는 커패시턴스 성분에 의해 발생하는 기생 노이즈를 제거하고, 저비용의 차동 모드 쵸크인 제2 쵸크(240)를 사용할 수 있게 하거나, 또는 차동 모드 쵸크를 제거할 수 있다.

도 1은 일반적인 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도;

도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;

도 3은 본 발명에 따른 노이즈 필터의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;

도 4는 도 3의 노이즈 필터를 개략적으로 도시한 회로도이다.

Claims

입력 전원의 두 전원선 사이에 연결되는 제1 축전 유닛;

상기 제1 축전 유닛과 직접 연결되고, 상기 전원선의 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제1 쵸크; 및

상기 제1 쵸크와 직접 연결되고, 상기 제1 쵸크와 함께 상기 공통 모드 노이즈를 감쇄하는 제2 축전 유닛을 포함하고,

상기 제1 쵸크는 서로 반대 방향으로 감긴 두 개의 코일을 구비하고,

상기 제1 쵸크와 다른 별도의 쵸크 없이, 상기 제1 쵸크에서 상기 전원선의 차동 모드 노이즈가 감쇄되도록 상기 제2 축전 유닛의 용량이 특정 용량 값으로 조절되는 것을 특징으로 하는 노이즈 필터.
제1 항에 있어서, 상기 제2 축전 유닛은,

두 개의 커패시터들을 포함하고,

상기 커패시터들 사이에 대지면으로의 접지가 형성되는 노이즈 필터.
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제1 항 및 제2 항 중 어느 한 항에 따른 노이즈 필터를 구비한 모터 제어 장치.
제5 항에 있어서,

상기 노이즈 필터를 통해 필터링된 입력 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터;

상기 컨버터의 출력 전원을 평활화하는 평활 유닛;

제어 신호에 따라 상기 평활 유닛으로부터 출력된 전원을 모터 구동 전원으로 변환하는 인버터 유닛; 및

상기 모터의 상태를 감시하고, 상기 제어 신호를 출력하여 모터를 구동하는 제어 유닛;을 더 포함하는 모터 제어 장치.
제6 항에 있어서, 상기 노이즈 필터는,

상기 모터 구동에 따른 스위칭 노이즈가 상기 입력 전원으로 전달되지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.